原創(chuàng)： HORIBA HORIBA科學儀器事業(yè)部 

快節(jié)奏的都市生活，讓電子程序啟動的每分每秒都變得煎熬；

若是電子設備運行速度能加快100倍，那是怎樣的一種體驗？

電腦提速100倍看似困難，卻并非無法實現(xiàn)。德克薩斯理工大學電氣與計算機工程學院的副教授何瑞博士（Rui He, Ph.D.）正在從事相關研究，她的新研究課題——新型二維材料“三碘化鉻”，為提高電腦等電子設備的運行速度提供了希望。

圖片來源：pixabay

設備提速的核心是什么？

探究電腦提速的方法前，讓我們先了解一下電子設備的重要組成元件——微電路。

微電路是一種高度微型化的集成電路，集中了數(shù)百萬甚至數(shù)十億的電子元件。這些微電路集中在不超過指甲大小的微小硅片基底上，成為電傳導和傳輸?shù)墓ぞ叩暮诵摹?/span>

要想提高電子設備的運行速度，需要提高電流通過微電路的速度。而提高電流速度的關鍵，就是尋找性能更加優(yōu)異的微電路基底材料，并探究適合微電路快速運行的環(huán)境條件。這也是何瑞博士的工作重點。

“人們一直在努力使電子設備更快，更節(jié)能。因此，我們希望通過研究材料的基本特性、了解這些材料發(fā)揮優(yōu)勢所需的環(huán)境條件，幫助人們設計和制造性能更好的設備。”何瑞博士如是說道。

何瑞博士

德克薩斯理工大學

電氣與計算機工程學院

有望提速100倍的新材料

不同于常見的硅片等微電路基底材料，2D層狀材料的原子在層內緊密結合，而各層之間的相互作用反而弱得多。因此，通過控制二維材料的層數(shù)，可以調整其光學和電子屬性。這使得2D材料成為制備電子設備基底的選擇。

何瑞博士研究的2D層狀材料不僅包括傳統(tǒng)的二維材料，如石墨烯和二硫化鉬，也包括新型2D材料“三碘化鉻”。

何瑞博士談及此項研究時頗為高興，“2D材料三碘化鉻是一種高磁導率的鐵磁材料，我們主要研究它的磁激發(fā)特性。在研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)了太赫茲頻率的自旋波，它的頻率比傳統(tǒng)鐵磁材料高得多，這將為制造超快自旋電子器件開辟新機會。”

“不僅是制備超快自旋電子器件，我們知道電腦使用的是千兆赫處理器，如果能將新型2D鐵磁材料應用到處理器上，可能會使電腦運行速度提高100倍甚至更多。”

Tips: 

太赫茲頻率的自旋波：頻率在0.1~10 THz的電磁波，波段能夠覆蓋半導體、等離子體，有機體和生物大分子等物質，具有重要應用價值。

自旋電子器件：一種利用自旋相關效應的新器件，具有非揮發(fā)、低功耗、高速和高集成度的優(yōu)點。

這項新型2D磁性材料研究由何瑞博士與密歇根大學Liuyan Zhao博士，以及加拿大滑鐵盧大學的Adam Tsen博士合作完成，并發(fā)表在Nature Communications。

零下228℃下的優(yōu)異性質

提升設備速度的新型材料已經找到，但如何發(fā)揮其佳物理特性還是個難點。

何瑞博士的一項重要研究便是探尋三碘化鉻材料在零下263.15℃（接近零度）條件下的物理特性，包括磁性、晶格振動以及電子遷移情況。

為什么要在如此低的溫度下探究三碘化鉻的物理特性呢？如果這些特性只存在于低溫下，是否還有必要進行研究呢？

何瑞博士表示，材料的物理性質可能會隨著溫度的變化而發(fā)生顯著變化。例如，有些材料處于零磁場，但如果周圍溫度足夠低也能表現(xiàn)出磁性，三碘化鉻就是典型例子，它在低于約45開爾文（-228.15℃）的溫度下就具有磁性。因此，為了探索這些材料發(fā)揮佳物理性質的條件，我們需要將樣品冷卻到低溫。

現(xiàn)在的研究只是開端，這些特性可能當前只存在于低溫環(huán)境下，但隨著制備技術和材料基礎研究的快速發(fā)展，我們有望找到在較高溫度下也能表現(xiàn)出所需電磁性質的新型2D材料。

材料表征的技術——拉曼光譜

為了表征超低溫下2D材料的物理特性，何瑞博士使用 HORIBA LabRAM HR Evolution 顯微共焦拉曼光譜儀進行研究。

“HORIBA 超低溫樣品臺及超低波數(shù)附件可以檢測低至5cm^-1的拉曼信號，這為我們研究材料的各種特性，包括層間相互作用及電子和磁激發(fā)特性等提供了很大便利。HR Evolution的2D和3D共焦成像功能對于研究也十分有利。“

HORIBA LabRAM HR Evolution拉曼光譜儀

雖然這些新型材料可能需要很久的時間，才能投入實際應用，但科學家們對這一材料的基礎研究為后期的實際工業(yè)應用奠定了良好基礎，我們有望利用這些特性生產性能更好的設備。屆時，電腦運行速度提升100倍甚至更多將不再是夢。

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